Что такое импульсная характеристика цепи?

 

Импульсной характеристикой цепи называется электрический сигнал, получаемый на выходе при возбуждении цепи прямоугольным импульсом большой длительности с очень коротким временем фронта. Такой импульс называется единичным скачком, а сигнал, полученный после возбуждения цепи таким скачком, называется откликом на единичный скачок или ступенчатым откликом.

Пример сигнала отклика показан на рис. 2.22.

 

 

Рис. 2.22. Пример отклика единичный скачок

 

Отклик по своей форме отличается от возбуждающего колебания и позволяет оценивать динамические свойства исследуемой цепи.

Если амплитуда возбуждающего сигнала такова, что нелинейные искажения не возникают (например, ограничение), то отклик связан с линейными искажениями, вносимыми цепью. В сигнале отклика можно определить время фронта (см. рис. 1.26) и размер выброса (см. рис. 1.27).

Между частотной характеристикой и откликом существует взаимосвязь, однако математически она достаточно сложна. В общем случае можно утверждать, что чем больше ширина полосы пропускания данной цепи, тем форма отклика меньше отличается от формы возбуждающего сигнала.

 

 

Глава 3

ДИОДЫ

 

Что такое диод?

 

Диод – простой электронный прибор с двумя электродами, имеющий несимметричную характеристику выходного тока, протекающего через него и зависящего от входного напряжения (амплитуды и полярности) (рис. 3.1).

 

 

Рис. 3.1. Условные графические обозначения полупроводникового (а), вакуумного (б) диодов и вольт амперная характеристика диода (в)

 

Такая характеристика позволяет использовать диод во многих электронных устройствах в качестве элемента, который легко пропускает ток в одном направлении и почти не пропускает в противоположном, в частности для выпрямления переменных и детектирования модулированных колебаний и т. п.

Различают полупроводниковые и ламповые диоды. Полупроводниковый диод работает на принципе использования свойств р‑n перехода, возникающего при соединении полупроводников n ‑ и р ‑типов.

 

Что такое плоскостной диод?

 

Плоскостной диод (или иначе диод с р‑n переходом) – полупроводниковый прибор, образованный р‑n переходом с двумя металлическими контактами (выводами), присоединенными к р ‑ и n ‑областям (рис. 3.2, а) и хорошо проводящими электрический ток (омические контакты). Контакты выводятся наружу из корпуса диода и называются анодом и катодом (рис. 3.2, б). Графическое изображение полупроводникового диода и способы обозначения катода показаны на рис. 3.2, в.

 

 

Рис. 3.2. Графические изображения для р‑n перехода диода (а), его выводов (б) и других полупроводниковых диодов (в)

 

Какие явления происходят в р‑n переходе без смещения?

 

Полупроводники р и n, образующие переход, отличаются типом основных носителей и их концентрацией. В области p ‑типа акцепторные примеси увеличивают концентрацию дырок, а в области n ‑типа донорные примеси обеспечивают преимущественную концентрацию электронов (рис. 3.3).

 

 

Рис. 3.3. Явления в р‑n переходе:

а – начальное состояние p‑ и n‑ слоев; б – распределение зарядов в р‑n переходе перед установлением равновесного состояния; в – распределение объемных зарядов в р‑n переходе в равновесном состоянии; г – распределение потенциала; д – направления движения неосновных носителей через переход

 

Соединение полупроводников обоих типов с разной концентрацией вызывает протекание (диффузию) основных носителей через переход: дырки из p‑области переходят в n ‑область, а электроны из n ‑области диффундируют в р ‑область. На большом расстоянии от перехода происходит рекомбинация (повторное соединение) дырок и электронов, в то же время вблизи перехода в полупроводнике n ‑типа наблюдается избыток положительных зарядов, образованных неподвижными положительными ионами доноров, а в полупроводнике р ‑типа – избыток отрицательных зарядов, образованных неподвижными отрицательными ионами акцепторов. В результате вблизи перехода возникает пространственный заряд ионов, создающий электрическое поле на переходе и вызывающий появление потенциального барьера, который препятствует дальнейшему протеканию основных носителей после достижения состояния равновесия. При этом состоянии n ‑область заряжена положительно относительно p‑области. Существующий в переходе запирающий слой делает невозможным протекание основных носителей заряда, однако не препятствует протеканию через переход в противоположном направлении неосновных носителей, т. е дырок из n ‑ в р ‑ и электронов из р ‑ в n ‑область.

 

Какие явления происходят в р‑n переходе при подаче смещения?

 

К р‑n переходу можно подвести внешнее напряжение от источника постоянного тока. В результате получают переход со смещением. Имеются две возможности смещения, которые зависят от полярности подключения источника к переходу. На рис. 3.4, а показан переход, смещенный в проводящем направлении. В этом случае источник действует таким образом, что положительный полюс «вытягивает» электроны из полупроводника p ‑типа во внешнюю цепь и «отталкивает» дырки, тогда как отрицательный полюс поставляет электроны в полупроводник n ‑типа и притягивает дырки. В связи с этим в полупроводнике происходит перемещение (диффузия) основных носителей: дырок из р ‑области в n ‑область и электронов из n ‑области в p ‑область. Ток, протекающий в цепи в результате диффузии основных носителей, называют диффузионным током. Следовательно, действие внешнего источника таково, что в результате увеличения числа основных носителей вблизи перехода оно нейтрализует пространственный заряд в запирающем слое, т. е. уменьшает ширину этого слоя и снижает потенциальный барьер, который до подключения источника препятствовал протеканию основных носителей заряда в полупроводнике после достижения равновесного состояния. Уменьшение потенциального барьера приводит к дальнейшему росту числа основных носителей, диффундирующих через переход.

 

 

Рис. 3.4. р‑n переход, смещенный в прямом (а) и обратном (б) направлениях

 

Независимо от движения основных носителей в р‑n переходе существует также перемещение неосновных носителей в противоположном направлении. Ток, протекающий в цепи в результате движения неосновных носителей заряда, называют обратным током (или тепловым). При смещении в проводящем направлении диффузионный ток значительно больше, чем обратный.

При подключении источника противоположной полярности (рис. 3.4, б) переход смещается в обратном направлении. В этом случае дырки, находящиеся в области n ‑типа, движутся в направлении отрицательного полюса батареи через полупроводник p ‑типа, а электроны из полупроводника р ‑типа – в направлении положительного полюса батареи через полупроводник n ‑типа. Это движение неосновных носителей. Такое смещение вызывает расширение запирающего слоя и повышение потенциального барьера для основных носителей. При такой ситуации протекание основных носителей становится полностью невозможным, и во внешней цепи протекает лишь относительно малый обратный ток.